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摘要：大体积混凝土裂缝产生的主要原因是水泥的水化硬化过程释放出大量的水化热，引起混凝土浇筑体温度应力而造成的。因此，如何有效的控制、减少有害裂缝的出现是土木工程领域的一技术难题。本文通过简要的分析大体积混凝土裂缝成因，从原材料、配合比、施工环节等多方面提出了控制或减少裂缝产生的措施，对大体积混凝土施工裂缝控制提供了有益的建议。
关键词：大体积混凝土温度应力裂缝控制水化热
1概念界定
1.1《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009的概念
规范2.1.1条：“混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。”此定义量化了大体积混凝土的体量，但从几何尺寸不小于1m的指标量化体量不尽合理。
1.2《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011的概念
规范无具体条款给予大体积混凝土做出定义，但在8.7.1条对应条文说明中做出了解释性说明：“大体积混凝土系指体量较大或预计会因胶凝材料水化引起混凝土内外温差过大而容易导致开裂的混凝土。”
1.3大体积混凝土结构构件类别
根据大体积混凝土的概念界定及解释性说明，在建筑工程领域大体积混凝土结构构件主要是基础底板，除此之外还有厚墙、大柱、宽梁和厚板等。
2裂缝分类及成因
【6】大体积混凝土裂缝的产生因素是多方面的，从产生机理上归类可分为以下三大类：
2.1干缩裂缝
干缩裂缝的生产的主要原因是混凝土内外水分蒸发程度的不同步而导致混凝土构件现变形差异的结果，受外部气候条件因素的影响，构件表面水分蒸发较快，变形较大，而构件内部水分散发较慢，湿度变化较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。一般而言，外界相对湿度越低，混凝土构件收缩越大，干缩裂缝越容易出现，表现为构件呈现表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度大致在0.05~0.2mm之间，这种裂缝一般出现在截面相对薄弱的地方。对于钢筋混凝土构件，外界空气，水分等介质容易通过裂缝渗入内部而锈蚀钢筋，影响结构安全，缩短建筑物寿命。
2.2塑性收缩裂缝
塑性收缩是指混凝土未凝结硬化前，还处于塑性状态时发生的收缩。塑性收缩的主要原因是由于水分从混凝土表面蒸发损失，导致构件体积收缩，由塑性收缩引起的裂缝称为塑性收缩裂缝。一般出现在混凝土构件暴露表面，裂缝深度不大，在干热或大风天气容易出现，其呈现为中间宽，两端细而长短不一、互不连贯的状态，长度约为20~30cm，宽1~5mm。由于新拌混凝土处在沥水过程中或者沥水后的柔软塑性状态时，混凝土构件几乎没有强度或强度很小，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快而导致混凝土收缩，主要有毛细管压力收缩、塑性沉降收缩、早期化学收缩和早期自收缩，其中以毛细管压力收缩最明显，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因而形成塑性裂缝，只要保持混凝土表面潮湿如覆盖湿布、喷水，防止水分从构件表面蒸发，就可以减少塑性裂缝的产生。
2.3温度裂缝
水泥作为现代所以大型建筑混凝土的最基本材料，在浇筑过程中会释放出大量的热量，这是导致建筑构件温度发生变化的主要原因。施工实践表明，若水化过程释放热量为200~400KJ/kg，这些热量可以使得隔热状态下的建筑构件升温30~40℃，再加上构件本身的温度，就会使得构件内部温度升得更高。由于混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境与构件内部温度发生变化，出现较大温差时，混凝土将发生形变。这种形变一旦遭遇阻碍，则在结构内部产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时就产生了裂缝，此即为温度裂缝，和其他裂缝相比，温度裂缝的特别之处是裂缝会随着温度的变化而扩张或合拢。
2.4沉降裂缝
由于建筑体沉降不均匀而引起纵横向不规则弯曲、形变，当基础不足以调整因为沉降而产生的应力时，就会在混凝土构件内部形成拉应力和剪应力，当这两种力量不足以抵抗形变压力时，就产生了沉降裂缝。这种裂缝的产生主要原因有；（1）混凝土构件的地基土质分布不均，松紧程度不一，如地基下有深浅不一的软土层、塘或暗沟；（2）在软弱基地如淤泥、杂填土上施工，即使土层均匀，若压缩模量较小，强度较低，在荷载较大时，容易产生沉降裂缝；（3）建筑体地基边坡遭受破坏，一些位于陡坡边缘的建筑体，由于地面高差较大，加上陡坡的不稳定性，容易造成建筑墙体开裂。沉降裂缝绝大多数为深层裂缝和贯穿性裂缝，对建筑体危害性较大，其走向与沉陷情况有关，大的沉降裂缝，往往伴随有一定的墙体错位，裂缝宽度往往与沉降量成正相关，沉降量大则裂缝宽度就大，当地基沉降停止时，沉降裂缝也基本趋于稳定。
3混凝土裂缝控制措施
综上分析，大体积混凝土裂缝的产生主要是由温差和收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，应采取可靠技术措施降低温差和减小收缩，具体措施如下。
3.1原材料的合理选用
3.1.1水泥
混凝土浇筑体内外温差是由于水泥水化热导致的，因此大体积混凝土应优先选用低水化热水泥，如优先选用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
3.1.2掺粉煤灰
在保证大体积混凝土质量的前提下，为了降低水化热，防止收缩，在混凝土拌合物中掺入适量的粉煤灰能够提高混凝土强度。掺入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。
3.1.3骨料
（1）粗骨料
尽可能选择较大粒径的粗骨料，粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米水泥用量就越小，从而水化热总量得以降低，对裂缝预防有利。
（2）细骨料
宜采用级配良好的中粗砂，因为孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热降低，裂缝会相对减少；控制砂的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。
3.1.4掺外加剂
外加剂使用后能减小混凝土收缩开裂的机会，其影响如下：
（1）减水剂对混凝土开裂的影响
减水剂的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。如近年来，聚羧酸类高效减水剂的使用，不但可以有效减少混凝土水泥的用量，其配制的混凝土还可以大幅减少混凝土收缩，这一新技术的采用已经成为混凝土裂缝控制的发展方向，成为工程实践中裂缝控制的有效技术措施。
（2）缓凝剂对混凝土开裂的影响
掺入缓凝剂的目的是延缓混凝土绝热升温峰值出现的时间，正因混凝土强度会随龄期的延长而增大，因此掺入缓凝剂后绝热升温峰值出现的时间得以延缓，混凝土强度相对已增大不少，从而减小了裂缝出现的机率。另外，缓凝剂的使用可以改善大体积混凝土拌合物的和易性，减少运输过程中的塌落度损失，提供大体积混凝土施工质量。
（3）引气剂对混凝土开裂的影响
引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在这里值得注意的是：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在GB8076～1977中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。
3.2配合比设计
通过配合比的合理设计减少混凝土收缩是大体积混凝土裂缝控制的主要技术措施。配合比的合理性在于低水化热水泥用量、水胶比、粉煤灰和外加剂等技术指标的把控，施工配合比的及时调整等。
3.3施工方法
整体分层连续浇筑施工或推移式连续浇筑施工是目前大体积混凝土施工中普遍采用的方法，整体连续浇筑的目的是不留施工缝，确保结构整体性。分层连续浇筑施工特点有三：一是混凝土一次需要量相对较少，便于振捣，易保证混凝土的浇筑质量；二是可利用混凝土层面散热吗，对降低大体积混凝土浇筑体的温升有利；三是可确保结构的整体性。
对于超长构件施工，可按留置变形缝、后浇带或跳仓方法分段施工，并规定设置要求。这样可以在一定程度上减轻外部约束程度，减少每次浇筑段的蓄热量，防止水化热的积聚，减少温度应力。
3.4水平施工缝
厚度大于2m的大体积混凝土一般允许设置水平施工缝分层施工。已有的试验资料和工程经验表明，设置水平施工缝施工能有效地降低混凝土内部温升值，防止混凝土内外温差过大。当在施工缝表层和中间部位设置间距较密、直径较小的抗裂钢筋网片后，可有效地避免或控制混凝土裂缝的出现或开展。
对于厚板如高层建筑的转换层，若采用整体浇筑有困难或可能对下部结构产生损害，可利用叠合梁原理，将高大转换层结构按叠合构件施工，不仅可以减少混凝土的水化热，还可以利用施工形成的结构承受二次施工的荷载。
3.5施工工期
大体积混凝土施工中，由于水泥水化热引起混凝土浇筑体内部温度和温度应力剧烈变化，而导致混凝土发生有害裂缝的现象并不罕见，为了控制混凝土浇筑体的内部温度需要采取技术措施和占用一定的绝对时间，因此应科学合理的确定施工工期，不能过分强赶工期，在不利气候条件下应采取专门的措施，精心组织施工，以确保大体积混凝土的质量。
3.6浇筑工艺
大体积混凝土的浇筑质量一般从浇筑厚度、间隔时间、浇筑和振捣等工艺环节把控。浇筑厚度的一般控制在500mm左右，往往根据振动棒的有效作用长度的1.25倍确定；间隔时间系指连续分层浇筑的层面间隔时间，为了防止因间隔时间过长产生“冷缝”，层间的间隔时间以混凝土的初凝时间为准，即上层混凝土施工应在下层混凝土初凝前完成；大体积混凝土宜采用二次振捣工艺，即在混凝土浇筑后即将凝固前，在适当的时间和位置给予再次振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝和改善混凝土强度，提高抗裂性。振捣时间长短应根据混凝土的流动性大小而确定。
大体积混凝土由于混凝土坍落度较大，在混凝土初凝前或混凝土预沉后在表面采用二次抹压处理工艺，并及时用塑料薄膜覆盖，可有效避免混凝土表面水分过快散失出现干缩裂缝，控制混凝土表面非结构性细小裂缝的出现和开展，必要时，可在混凝土终凝前1~2h进行多次抹压处理，在混凝土表层配置抗裂钢筋网片。
3.7养护
大体积混凝土的养护应采用保温保湿养护方法，结合温控指标和监测数据指导养护工作。保湿措施可通过覆盖塑料薄膜或喷涂养护剂完成，保温层应通过热工计算确定。保温保湿持续养护时间不得少于14d，喷雾养护工作应在混凝土浇筑完毕初凝前进行，连续养护时间不少于28d或设计龄期。
3.8降温措施
对于夏季高温季节进行大体积混凝土施工，应在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意通水时间不能过长，避免造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。为了降低混凝土内外温差，还应在夏末秋初进行中期通水冷却，中期通水一般采用河水，通水历时两个月左右。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相结合的方案。
4、结束语
本文对大体积混凝土裂缝成因做了简要分析，并从如何减少混凝土裂缝的产生提出了一些预防措施。鉴于造成混凝土裂缝成因的复杂性，不能具体的量化说明而只能定性的表述。虽然混凝土裂缝的出现是不可避免的，但随着新技术、新材料、新方法和新工艺的不断出现和完善，大体积混凝土裂缝问题会逐渐得以更好的控制。
参考文献：
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[6]赵明华.大体积混凝土施工中的裂缝分析及防控措施[J].合肥学院学报，2015（1）：73-76